(57)【要約】【課題】  生産工程を自動化することができ、生産タクトの極端な落ち込みも無く、放熱特性の良い光結合素子を安価にかつ安定して供給する。【解決手段】  発光用リードフレーム１１のヘッダ１１ａに発光素子１を搭載し、受光用リードフレームのヘッダに受光素子２を搭載し、電力用リードフレーム３１のヘッダ３１ａに電力素子３を搭載した後、発光素子１、受光素子２及び電力素子３をワイヤ４１にて各リード部に接続し、これら発光素子１と、受光素子２及び電力素子３とを対向配置した状態で、その全体が１次モールド樹脂５１によって被覆され、この１次モールド樹脂５１と放熱用リードフレーム６１に形成された放熱板６１ａとが２次モールド樹脂７１によって被覆されている。そして、２次モールド樹脂７１の内部で、電力素子３のリード端子３２と放熱用リードフレーム６１とが重ね合わせられ、この重ね合わせ部分８１で接合された構造となっている。【選択図】  図１
2007073836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光用リードフレームに搭載された発光素子と、受光用リードフレームに搭載された受光素子及び電力用リードフレームに搭載された電力素子とが対向配置された状態で、これら発光素子、受光素子及び電力素子の全体が１次モールド樹脂によって被覆され、この１次モールド樹脂と放熱用リードフレームに形成された放熱板とが２次モールド樹脂によって被覆されており、前記２次モールド樹脂の内部で、前記電力素子のリード端子と前記放熱用リードフレームとが接触していることを特徴とする光結合素子。
【請求項２】
前記リード端子と前記放熱用リードフレームとの接触部が接続されていることを特徴とする請求項1に記載の光結合素子。
【請求項３】
前記リード端子と前記放熱用リードフレームとの接触部がはんだによって接続されていることを特徴とする請求項1に記載の光結合素子。
【請求項４】
前記リード端子と前記放熱用リードフレームとの接触部が溶接によって接続されていることを特徴とする請求項1に記載の光結合素子。
【請求項５】
前記リード端子と前記放熱用リードフレームとの接触部が接着によって接続されていることを特徴とする請求項1に記載の光結合素子。
【請求項６】
前記放熱用リードフレームには、前記リード端子との位置合わせを行うための折り曲げ部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の光結合素子。
【請求項７】
前記電力素子のリード端子として、外部に導出された前記放熱用リードフレームのリード端子を使用することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の光結合素子。
【請求項８】
発光用リードフレームに搭載された発光素子と、受光用リードフレームに搭載された受光素子及び電力用リードフレームに搭載された電力素子とを対向配置した状態で、これら発光素子、受光素子及び電力素子の全体を１次モールド樹脂によってモールドする工程と、
１次モールド樹脂から露出した前記電力素子が搭載された電力用リードフレームを切断してリード端子を形成する工程と、
前記リード端子と放熱板が形成された放熱用リードフレームとを重ね合わせ、この状態で前記１次モールド樹脂及び前記放熱板の全体を２次モールド樹脂によってモールドする工程と、を含むことを特徴とする光結合素子の製造方法。
【請求項９】
前記リード端子と放熱板が形成された放熱用リードフレームとの重ね合わせ部分を接続する工程をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の光結合素子の製造方法。
【請求項１０】
前記接続工程は、はんだによる接続、溶接による接続、接着による接続のいずれかであることを特徴とする請求項９に記載の光結合素子の製造方法。
【請求項１１】
前記請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の光結合素子を搭載したことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入出力間を絶縁して信号伝達を行う光結合素子、光結合素子の製造方法及び光結合素子を搭載した電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力素子を搭載した光結合素子の従来の構造を図８及び図９に示す。
【０００３】
この光結合素子は、発光用リードフレーム１１１のヘッダ１１１ａに発光素子１０１を搭載し、受光用リードフレーム１２１のヘッダ１２１ａに受光素子１０２を搭載し、電力用リードフレーム１３１のヘッダ１３１ａに電力素子１０３を搭載した後、ワイヤ１４１にて各リード部に接続し、必要であればプリコート等を行っている。そして、発光用リードフレーム１１１のヘッダ１１１ａに搭載された発光素子１０１と、受光用リードフレーム１２１のヘッダ１２１ａに搭載された受光素子１０２及び電力用リードフレーム１３１のヘッダ１３１ａに搭載された電力素子１０３とを対向配置した状態で、これら発光素子１０１、受光素子１０２及び電力素子１０３の全体を１次モールド樹脂１５１によって被覆し、さらに、この１次モールド樹脂１５１の全体を２次モールド樹脂１６１によって被覆した構造となっている。
【０００４】
電力素子１０３は出力であり、受光素子１０２によって制御されるため、受光素子１０２側に配置されている。電力素子１０３の搭載部であるヘッダ１３０ａの面積は、自己発熱の放熱のため可能な限り大きく取っている。消費電力の大きなもについては、発熱量も大きくなるため、パッケージのサイズを大きく（リードピン数も多く）し、放熱効果を上げている。
【０００５】
また、小さなパッケージの放熱性向上については、リードフレームの一部を用いて放熱性を向上させるもの（例えば、特許文献１参照）や、電力素子を搭載するヘッダに宙吊りリードを付加し、樹脂モールド後に、この宙吊りリードに放熱板をスポット溶接するもの（例えば、特許文献２参照）などが提案されている。
【特許文献１】実開平４−７６０６２号公報
【特許文献２】特開２００３−８６７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
今日の電子機器は、機器の小型化、高機能化が進む中、光結合素子が搭載される基板の縮小化もまた進んでいる。搭載される基板の小型が進めば、当然のことながら素子の小型化も要求される。しかしながら、電力素子を持つタイプの光結合素子においては、消費電力の大きさに見合った放熱構造をもつ必要があり、ある程度の大きさを必要とするパッケージを小型化するためには、熱抵抗の増大を抑え、かつ生産性の良い放熱構造を有する電力素子を搭載した光結合素子が必要となる。
【０００７】
この場合、上記特許文献１のように、フレームのごく一部を放熱板の代りに使用する構造では、放熱板のサイズに限界があり、放熱効果が小さいため、一定以上の消費電力を持つ光結合素子には使用できないといった問題があった。
【０００８】
また、上記特許文献２のように、パッケージから導出された吊りピンに放熱板をスポット溶接する構造については、電力素子、受光素子の複数のチップを搭載する光結合素子では異なる電位が複数存在するため、パッケージの両側からスポット溶接に必要な吊りピンを導出させるのは、フレームの構造上、実際には困難であるといった問題があった。
【０００９】
本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、比較的簡単な構造で放熱性に優れた光結合素子、光結合素子の製造方法及び光結合素子を搭載した電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の光結合素子は、発光用リードフレームに搭載された発光素子と、受光用リードフレームに搭載された受光素子及び電力用リードフレームに搭載された電力素子とが対向配置された状態で、これら発光素子、受光素子及び電力素子の全体が１次モールド樹脂によって被覆され、この１次モールド樹脂と放熱用リードフレームに形成された放熱板とが２次モールド樹脂によって被覆されており、前記２次モールド樹脂の内部で、前記電力素子のリード端子と前記放熱用リードフレームとが接触していることを特徴とする。
【００１１】
前記リード端子と前記放熱用リードフレームとの接触部は接続されている。具体的には、高融点はんだによる接続、スポット溶接による接続、放熱性の良い接着剤や接着シートによる接続（固着）のいずれかの接続方法が採用されている。また、前記放熱用リードフレームには、前記２次モールド樹脂から露出するよう間隔固定用の折り曲げ部を設けてもよい。また、本発明では、前記電力素子のリード端子として、外部に導出された前記放熱用リードフレームのリード端子を使用する。
【００１２】
また、上記構成の光結合素子の製造方法は、発光用リードフレームに搭載された発光素子と、受光用リードフレームに搭載された受光素子及び電力用リードフレームに搭載された電力素子とを対向配置した状態で、これら発光素子、受光素子及び電力素子の全体を１次モールド樹脂によってモールドする工程と、１次モールド樹脂から露出した前記電力素子が搭載された電力用リードフレームを切断してリード端子を形成する工程と、前記リード端子と放熱板が形成された放熱用リードフレームとを重ね合わせて接続する工程と、この状態で前記１次モールド樹脂及び前記放熱板の全体を２次モールド樹脂によってモールドする工程と、を含んで構成されている。
【００１３】
すなわち、本発明の光結合素子は、２重トランスファモールドタイプの光結合素子であって、１次モールド樹脂を施した後、電力素子の搭載されているリード端子に放熱板を固着し、２次モールドを実施している。放熱板の固着には、スポット溶接や高融点はんだによるはんだ付け、放熱性の良い接着剤や接着シートによる固着などを用いている。また、放熱板は、リードピン兼用のフレーム状にしたものを用いるため、生産工程が一連の流れで行える利点がある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光結合素子及びその製造方法によれば、光結合素子の放熱特性を向上させることができるとともに、２次モールド樹脂内に放熱板との接続部を設けることで、放熱板の固着強度を高めることができる。また、リードを兼用した放熱板をフレームと兼用することで、一連の工程で生産することができるため、放熱効果の良い安価な製品の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
＜実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る光結合素子の構造を示す断面図、図２は、受光用リードフレーム及び電力用リードフレームの加工前のフレーム基板に搭載された受光素子及び電力素子を示す平面図である。
【００１７】
本実施形態１の光結合素子は、発光用リードフレーム１１のヘッダ１１ａに発光素子１を搭載し、受光用リードフレーム２１のヘッダ２１ａ（ただし、図１では、後述する放熱用リードフレーム６１部分の断面を取っているため、図示を省略している。）に受光素子２を搭載し、電力用リードフレーム３１のヘッダ３１ａに電力素子３を搭載した後、発光素子１、受光素子２及び電力素子３をワイヤ４１にて各リード部に接続し、必要であればプリコート等を行っている。そして、発光用リードフレーム１１のヘッダ１１ａに搭載された発光素子１と、受光用リードフレーム２１のヘッダ２１ａに搭載された受光素子２及び電力用リードフレーム３１のヘッダ３１ａに搭載されている電力素子３とを対向配置した状態で、これら発光素子１、受光素子２及び電力素子３の全体が１次モールド樹脂５１によって被覆され、この１次モールド樹脂５１と放熱用リードフレーム６１に形成された放熱板６１ａとが２次モールド樹脂７１によって被覆されている。そして、２次モールド樹脂７１の内部で、電力素子３のリード端子３２と放熱用リードフレーム６１とが重ね合わせられ、この重ね合わせ部分８１で接合された構造となっている。
【００１８】
放熱用リードフレーム６１には、重ね合わせ部分８１に折り曲げ部（段差部）６１ｂが形成されおり、この折り曲げ部６１ｂに電力素子３のリード端子３２の先端部を付き合わせるように配置することで、１次モールド樹脂５１に対する放熱板６１ａの位置合わせが行えるようになっている。また、放熱板６１ａは、本実施形態１では、１次モールド樹脂５１の表面（図１では底面）に添設した状態で、２次モールド樹脂７１内に埋設された状態となっている。
【００１９】
次に、上記構成の光結合素子の製造方法について説明する。
【００２０】
受光用リードフレーム及び電力用リードフレームの加工前のフレーム基板２０は、図２にその一部を拡大して示すように、クレードル部２５と、このクレードル部２５に連接された各リードフレーム部（受光用リードフレーム２１、電力用リードフレーム３１等）と、これらリードフレームを連結する１次タイバー部２６ａ及び２次タイバー部２６ｂとで構成されている。また、図示は省略しているが、発光用リードフレームの加工前のフレーム基板も同様の構成となっている。
【００２１】
このようなフレーム基板２０において、受光素子２を受光用リードフレーム２１のヘッダ２１ａにダイボンドし、電力素子３を電力用リードフレーム３１のヘッダ３１ａにダイボンドし、この後、ワイヤボンドによって各リード部との接続を行う。同様に、発光素子１を発光用リードフレーム１１のヘッダ１１ａにダイボンドし、この後、ワイヤボンドによってリード部との接続を行う。
【００２２】
次に、発光素子１と受光素子２とが略同一光軸となるように両フレーム基板を対向配置し、この状態で、これら発光素子１、受光素子２及び電力素子３の全体を１次モールド樹脂５１によってモールドする。図３はこの状態を示した平面図である。すなわち、受光素子２側のフレーム基板２０と発光素子１側のフレーム基板（図３では下側）とが上下に重ね合わせられた状態となっている。
【００２３】
そして、１次モールド終了後に、タイバー部２６ａ，２６ｂと透光性樹脂である１次モールド樹脂５１の厚バリの除去を行うのであるが、このタイバー部２６ａ，６２ｂ及び厚バリを落とす際に、電力素子３が搭載されているヘッダ３１ａと繋がるリード端子部を、後に放熱板６１ａを搭載する部分を残し、かつ２次モールド樹脂７１の内側となる部分でカットしてリード端子３２を形成する。図４はこの状態を示した平面図である。
【００２４】
この後、放熱板６１ａを１次モールド樹脂５１の下面に添設し、カットしたリード端子３２と重なるように折り曲げられた折り曲げ部６１ｂを有する放熱用リードフレーム６１を重ね、その重ね合わせ部分８１を固着する。
【００２５】
図５は、放熱板６１ａの構造を示している。放熱板６１ａは、上記した折り曲げ部６１ｂが形成された放熱用リードフレーム６１を有するフレーム構造となっており、そのフレーム基板６０の全体形状は、図２に示すフレーム基板２０と同様の形状となっている。また、このフレーム基板６０には、クレードル部６５に位置合わせ用の２つの開口部６８が形成されており、この開口部６８は、図３に示した受光素子２側のフレーム基板２０のクレードル部２５に形成された位置合わせ用の２つの開口部２８と一致するように形成されている。
【００２６】
従って、上記した放熱板６１ａと１次モールド樹脂５１との位置合わせ、及びカットしたリード端子３２と放熱用リードフレーム６１の折り曲げ部６１ｂとの位置合わせは、クレードル部に形成された互いの開口部２８，６８を合わせることで、行うことができる。
【００２７】
図６は、このようにして両フレーム基板を重ね合わせて、リード端子３２と放熱用リードフレーム６１の折り曲げ部６１ｂとの位置合わせを行った状態を示している。ただし、図６は、放熱板６１ａのフレーム基板６０が下で、その上に図４に示したフレーム基板２０（ただし、発光用リードフレーム１１のフレーム基板も一体となっている）を表裏反転させて重ね合わせた状態を示している。
【００２８】
このときの重ね合わせ部分８１の固着方法については、カットしたリード端子３２との導電性を確保するためにスポット溶接を用いて固着する。ただし、この固着については、２次モールド成型に耐え得る固着強度があり、かつ導電性を確保していればよいので、スポット溶接の他にはんだ付けでも良い。この場合、２次モールド成型時の高温に耐え得るように、高融点はんだを用いるのが望ましい。また、スポット溶接やはんだ付けの他にも、耐熱性があり導電性を有する接着剤や接着シートなどを用いて接着固定しても良い。
【００２９】
このようにして重ね合わせ部分８１を固着後、重ね合わせ部分８１を含む１次モールド樹脂５１及び放熱板６１ａの全体を遮光性の２次モールド樹脂７１によってモールドし、フォーミング等を行って、図１に示す光結合素子を製造する。
【００３０】
これにより、電力素子３を搭載した部分として２次モールド樹脂７１から導出されるリードは、１次モールド樹脂５１の形成後にリード端子３２に固着した放熱用リードフレーム６１となる。すなわち、電力素子３を搭載したヘッダ６１ａに繋がるリードは、２次モールド樹脂７１内で、外部に導出した放熱用リードフレーム６１と、１次モールド樹脂５１の下面に添設した放熱板６１ａとに分かれることになる。
【００３１】
従って、電力素子３が消費する電力に伴って発生する熱は、放熱用リードフレーム６１及び放熱板６１ａの両方から放熱されることになり、熱抵抗が下がることから、熱に対する許容値が大きくなるものである。
【００３２】
図７は、本発明の実施形態２に係る光結合素子の構造を示す断面図である。
【００３３】
上記実施形態１では、放熱板６１ａは、２次モールド樹脂７１内に完全に埋設された状態となっているが、放熱板６１としての機能を最大限に発揮させるためには、その一部が２次モールド樹脂７１より外部に露出している方がよい。本実施形態２ではこの点を考慮し、図７に示すように放熱板６１ａの形状を工夫している。
【００３４】
すなわち、放熱板６１ａの先端部を上方に屈曲形成し、その屈曲先端部６１ａ１を１次モールド樹脂５１の下面に当接させることで、１次樹脂モールド５１の下面と放熱板６１ａの上面６１ａ２との間に２次モールド樹脂が充填される空間を形成するとともに、放熱板６１の下面６１ａ３が図示しない２次モールド金型の内面に接触するような形状としている。これにより、２次モールドを行うと、放熱板６１の下面６１ａ３が確実に外部に露出することになり、放熱効果がより得られるものである。
【００３５】
なお、上記実施形態１の光結合素子は、放熱板６１ａを２次モールド樹脂７１内に埋設する構造であるため、電力素子３による発熱を、主として熱容量の大きな放熱用リードフレーム６１でまかなうこととなるので、比較的小電力のタイプ（０．２〜１Ａ程度）に有効である。
【００３６】
また、光結合素子は絶縁性の素子であり、放熱板６１ａは２次側の電力素子３と同電位であるため、１次−２次間の絶縁距離が放熱板６１ａの介在によって小さくなってしまうという問題がある。これを回避するため、放熱板６１ａの1次側方向の長さＬ１（図１参照）は、パッケージサイズや使用されるセットの規格によっても異なるが、概ね２．０ｍｍ〜３．４ｍｍ程度となるようにすることが望ましい。
【００３７】
また、ソリッドステートリレーのように、２次側の端子間に数百Ｖの電圧がかかるような素子については、その端子間も一定以上の距離が必要であるため、放熱板６１ａと他方の端子との間の距離は、概ね１ｍｍ〜３ｍｍ程度とするのが望ましい。
【００３８】
本発明によれば、放熱板をリード端子を兼ねたフレーム形状とし、1次モールド後にフレームを重ね合わせる構造としたので、生産工程を自動化することができ、生産タクトの極端な落ち込みも無く、放熱特性の良い光結合素子を安価にかつ安定して供給することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の光結合素子は、入出力間を絶縁して信号伝達を行う回路を備えたＤＶＤ、ＴＶ、ＶＴＲ、ＳＴＢ、ＣＤ、ＭＤ、電源機器、家電機器、インバータ制御機器等の各種電子機器において好適に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態１に係る光結合素子の構造を示す断面図である。
【図２】受光用リードフレーム及び電力用リードフレームの加工前のフレーム基板に搭載された受光素子及び電力素子を示す平面図である。
【図３】発光素子、受光素子及び電力素子の全体を１次モールド樹脂によってモールドした状態を示す平面図である。
【図４】１次モールド後に２次モールド樹脂の内側となる部分で電力用リードフレームをカットしてリード端子を形成した状態を示す平面図である。
【図５】放熱板の構造を示す平面図である。
【図６】両フレーム基板を重ね合わせて、リード端子と放熱用リードフレームの折り曲げ部との位置合わせを行った状態を示す平面図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る光結合素子の構造を示す断面図である。
【図８】従来の光結合素子の構造を示す断面図である。
【図９】受光用リードフレーム及び電力用リードフレームの加工前のフレーム基板に搭載された受光素子及び電力素子を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  発光素子
２  受光素子
３  電力素子
１１  発光用リードフレーム
１１ａ  ヘッダ
２１  受光用リードフレーム
２１ａ  ヘッダ
３１  電力用リードフレーム
３１ａ  ヘッダ
４１  ワイヤ
５１  １次モールド樹脂
６１  放熱用リードフレーム
６１ａ  放熱板
６１ｂ  折り曲げ部（段差部）
７１  ２次モールド樹脂
８１  重ね合わせ部分
【図１】
2007073836.tif 000003
【図２】
2007073836.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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